Arbeit in Mechanik und Thermodynamik

Little__John · Anmeldungsdatum: 15.12.2016 Beiträge: 1

Meine Frage:
Mir geht es um den Begriff der Arbeit in der Mechanik und der Thermodynamik

Folgende einfache Problemstellung:
Ein Körper wird von der Höhe 1m im Gravitationsfeld fallen gelassen. Nun könnte ich den Energieerhaltungssatz der Mechanik anwenden um beispielsweise die Geschwindigkeit nach 1m Fallhöhe zu berechnen. Ich sage also, die Energie E = T+U, die der Körper hat, ist vorher gleich wie nachher (Reibung und ähnliche Effekte werden vernachlässigt).

Nun kann ich ja auch sagen, dass das Gravitationsfeld am Körper während des einen Meters die Arbeit W = F * s = m*g*1 verrichtet.
Ist es richtig, dass die Energie, die mittels Arbeit an einem Körper verrichtet wird, dann im Körper "steckt". Wenn ich einen Körper um einem Meter anhebe, verrichte ich ja auch Arbeit an ihm und dann hat er ja mehr Lageenergie, die verrichtete Arbeit steckt also als Energie jetzt im Körper.

Scheinbar habe ich aber zunächst einen Widerspruch: Zuerst sage ich (beim fallenden Körper) die Energie ist erhalten, dann sage ich, das Gravitationsfeld verrichtet die Arbeit während des Fallens W = F*s am Körper, der Körper müsste also mehr Energie haben.

Meine Ideen:
Meine Lösung: Der Körper verrichtet gleichzeitig an der Erde die gleiche Arbeit W =F_2 * s_2. Damit geht, wenn ich es mir thermodynamisch vorstelle, gleich viel Energie in Form von Arbeit in den Körper, wie aus ihm heraus. Damit löst sich der scheinbare Widerspruch auf und die Gesamtenergie des Körpers bleibt erhalten.

Ist diese Erklärung so richtig?

Was mich dabei verwirrt: In der Thermodynamik ändert sich durch Arbeit eigentlich nur die Innere Energie U und nicht die kinetische oder potentielle des Gesamtsystems. Kann ich trotzdem so argumentieren, wie ich es oben gemacht habe?

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 6202

Ich würde nicht sagen, dass die Energie "im Körper" ändert, sondern seine potentielle Energie im Gravitationsfeld.

Wird der Körper fallen gelassen, wird potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt (das Feld leistet Arbeit), und die Energie im System "Körper im Gravitationsfeld" bleibt erhalten. Wird der Körper angehoben, wird von aussen Energie zugeführt und die Energie in diesem betrachteten System steigt.

Little___John · Gast

ok danke erstmal für die Antwort. Ja, dass die Energie im System Körper und Feld steckt, verstehe ich.

Aber mir gehen jetzt die Betrachtungsweisen durcheinander.

betrachte ich das System Feld+Körper, dann würde ich die Energieumwandlung so formulieren: das Feld leistet am Körper Arbeit, damit wird potentielle Energie vom Feld in kinetische Energie des Körpers umgewandelt. Es geht also Energie vom Feld in den Körper über.

Wenn ich aber nur das (offene) System Körper betrachte und sage dieser hat potentielle und kinetische Energie, dann leistet doch irgendeine externe Kraft (eben die des Feldes oder der Erde) Arbeit am Körper (und umgekehrt wegen actio = reactio auch der Körper an der Erde).